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1、(一)(一) 注塑机结构分析及其工作原理注塑机结构分析及其工作原理 一、注塑机的工作原理一、注塑机的工作原理 注塑成型机简称注塑机 。 注塑成型是利用塑料的热物理性质,把物料从料斗加入料筒中,料筒外由加热圈加热,使物料熔融,在料筒内装有在外动力马达作用下驱动旋转的螺杆,物料在螺杆的作用下,沿着螺槽向前输送并压实,物料在外加热和螺杆剪切的双重作用下逐渐地塑化,熔融和均化,当螺杆旋转时,物料在螺槽摩擦力及剪切力的作用下,把已熔融的物料推到螺杆的头部,与此同时,螺杆在物料的反作用下后退,使螺杆头部形成储料空间,完成塑化过程,然后,螺杆在注射油缸的活塞推力的作用下,以高速 、 高压,将储料室内的熔融料
2、通过喷嘴注射到模具的型腔中,型腔中的熔料经过保压 、 冷却 、 固化定型后,模具在合模机构的作用下,开启模具,并通过顶出装置把定型好的制品从模具顶出落下 。 注塑机作业循环流程如图 1 所示 。 图 1 注塑机工作程序框图 二、注塑机的分类二、注塑机的分类 按合模部件与注射部件配置的型式有卧式 、 立式 、 角式三种 (1)卧式注塑机:卧式注塑机是最常用的类型 。 其特点是注射总成的中心线与合模总成的中心线同心或一致,并平行于安装地面 。 它的优点是重心低 、 工作平稳 、 模具安装 、 操作及维修均较方便,模具开档大,占用空间高度小;但占地面积大,大 、 中 、 小型机均有广泛应用 。 (2
3、)立式注塑机:其特点是合模装置与注射装置的轴线呈一线排列而且与地面垂直 。 具有占地面积小,模具装拆方便,嵌件安装容易,自料斗落入物料能较均匀地进行塑化,易实现自动化及多台机自动线管理等优点 。 缺点是顶出制品不易自动脱落,常需人工或其它方法取出,不易实现全自动化操作和大型制品注射;机身高,加料 、 维修不便 。 (3)角式注塑机:注射装置和合模装置的轴线互成垂直排列 。 根据注射总成中心线与安装基面的相对位置有卧立式 、 立卧式 、 平卧式之分:卧立式,注射总成线与基面平行,而合模总成中心线与基面垂直;立卧式,注射总成中心线与基面垂直,而合模总成中心线与基面平行 。 角式注射机的优点是兼备有
4、卧式与立式注射机的优点,特别适用于开设侧浇口非对称几何形状制品的模具 。 闭模 注射座前进 注射 保压 冷却 启模 制品顶出 退回塑化 塑化退回 固定塑化 三、注塑机的组成结构分析三、注塑机的组成结构分析 注塑机根据注射成型工艺要求是一个机电一体化很强的机种,主要由注射部件 、 合模部 件 、 机身 、 液压系统 、 加热系统 、 控制系统 、 加料装置等组成 。 如 图 2 所示 。 图 2 注塑机组成示意图 (一)注塑部件的典型结构(一)注塑部件的典型结构 1注射部件的组成 目前,常见的注塑装置有单缸形式和双缸形式,我厂注塑机都是双缸形式的,并且都是通过液压马达直接驱动螺杆注塑 。 因不同
5、的厂家 、 不同型号的机台其组成也不完全相同,下面就对我厂用的机台作具体分析 。 立式机和卧式机注塑装置的组成图分别如图 3 和图 4 。 工作原理是:预塑时,在塑化部件中的螺杆通过液压马达驱动主轴旋转,主轴一端与螺杆键连接,另一端与液压马达键连接,螺杆旋转时,物料塑化并将塑化好的熔料推到料筒前端的储料室中,与此同时,螺杆在物料的反作用下后退,并通过推力轴承使推力座后退,注塑机 注射部件塑化部件 螺杆 料筒 螺杆头 喷嘴 注射座 注射油缸 座移油缸 液压马达 合模部件 合模装置 调模装置 顶出装置 机 身 液压系统 泵、液压马达、阀 蓄能器、冷却器、管路等油路控制 加热系统 冷却系统 控制系统
6、 动作程控 料筒温度控制 液压泵电机控制 故障检测报警控制 安全保护 加料装置 通过螺母拉动活塞杆直线后退,完成计量,注射时,注射油缸的杆腔进油通过轴承推动活塞杆完成动作,活塞的杆腔进油推动活塞杆及螺杆完成注射动作 。 图 3 卧式机双缸注射注塑装置示意图 (a)是俯视图; (b)为注射座与导杆支座间的平视图 1- 油压马达;2,6 - 导杆支座;3- 导杆;4- 注射油缸;5- 加料口; 7- 推力座;8- 注射座;9- 塑化部件;10- 座移油缸 我厂用的角式注塑机的注射部件与卧式机注塑机一样 。 图 4 立式注塑机注射装置示意图 1- 液压马达;2- 推力座;3- 注射油缸;4- 注射座
7、;5- 加料口;6- 座移油缸;7- 塑化部件;8- 上范本 2塑化部件 塑化部件有柱塞式和螺杆式两种,下面就对螺杆式做一下介绍 。 螺杆式塑化部件如图 5 所示,主要由螺杆 、 料筒 、 喷嘴等组成,塑料在旋转螺杆的连续推进过程中,实现物理状态的变化,最后呈熔融状态而被注入模腔 。 因此,塑化部件是完成均匀塑化,实现定量注射的核心部件 。 图 5 螺杆式塑化部件结构图 1- 喷嘴;2- 螺杆头;3- 止逆环;4- 料筒;5- 螺杆;6- 加热圈;7- 冷却水圈 螺杆式塑化部件的工作原理:预塑时,螺杆旋转,将从料口落入螺槽中的物料连续地向前推进, 加热圈通过料筒壁把热量传递给螺槽中的物料, 固
8、体物料在外加热和螺杆旋转剪切双重作用下,并经过螺杆各功能段的热历程,达到塑化和熔融,熔料推开止逆环,经过螺杆头的周围通道流入螺杆的前端,并产生背压,推动螺杆后移完成熔料的计量,在注射时,螺杆起柱塞的作用,在油缸作用下,迅速前移,将储料室中的熔体通过喷嘴注入模具 。 螺杆式塑化部件一般具有如下特点: 螺杆具有塑化和注射两种功能; 螺杆在塑化时,仅作预塑用; 塑料在塑化过程中,所经过的热历程要比挤出长; 螺杆在塑化和注射时,均要发生轴向位移,同时螺杆又处于时转时停的间歇式工作状态,因此形成了螺杆塑化过程的非稳定性 。 (1) 螺杆 螺杆是塑化部件中的关键部件,和塑料直接接触,塑料通过螺槽的有效长度
9、,经过很长的热历程,要经过 3 态(玻璃态 、 黏弹态 、 黏流态)的转变,螺杆各功能段的长度 、 几何形状 、 几何参数将直接影响塑料的输送效率和塑化质量,将最终影响注射成型周期和制品质量 。 与挤出螺杆相比,注塑螺杆具有以下特点: 注射螺杆的长径比和压缩比比较小; 注射螺杆均化段的螺槽较深; 注射螺杆的加料段较长,而均化段较短; 注射螺杆的头部结构,具有特殊形式 。 注射螺杆工作时,塑化能力和熔体温度将随螺杆的轴向位移而改变 。 ()、 螺杆的分类 注塑螺杆按其对塑料的适应性,可分为通用螺杆和特殊螺杆,通用螺杆又称常规螺杆,可加工大部分具有低 、 中黏度的热塑性塑料,结晶型和非结晶型的民用
10、塑料和工程塑料,是螺杆最基本的形式,与其相应的还有特殊螺杆,是用来加工用普通螺杆难以加工的塑料;按螺杆结构及其几何形状特征,可分为常规螺杆和新型螺杆,常规螺杆又称为三段式螺杆,是螺杆的基本形式,新型螺杆形式则有很多种,如分离型螺杆 、 分流型螺杆 、 波状螺杆 、 无计量段螺杆等 。 常规螺杆其螺纹有效长度通常分为加料段(输送段)、 压 缩段(塑化段)、 计量段 (均化段) ,根据塑料性质不同,可分为渐变型 、 突变型和通用型螺杆 。 渐变型螺杆:压缩段较长,塑化时能量转换缓和,多用于 PVC 等热稳定性差的塑料 。 突变型螺杆:压缩段较短,塑化时能量转换较剧烈,多用于聚烯烃 、 P A等结晶
11、型塑料 。 通用型螺杆:适应性比较强的通用型螺杆,可适应多种塑料的加工,避免更换螺杆频繁,有利于提高生产效率 。 常规螺杆名段的长度如下: 螺杆类型 加料段(L1) 压缩段(L2) 均化段(L3) 渐变型 2530% 50% 1520% 突变型 6570% 155% 2025% 通用型 4550% 2030% 2030% ()、 螺杆的基本参数 螺杆的基本结构如图 6 所示,主要由有效螺纹长度 L 和尾部的连接部分组成 。 图 6 螺杆的基本结构 ds 螺杆外径,螺杆直径直接影响塑化能力的大小,也就直接影响到理论注射容积的大小,因此,理论注射容积大的注塑机其螺杆直径也大 。 L/ds 螺杆长径
12、比 。 L是螺杆螺纹部分的有效长度,螺杆长径比越大,说明螺纹长度越长,直接影响到物料在螺杆中的热历程,影响吸收能量的能力,而能量来源有两部分:一部分是料筒外部加热圈传给的, 另一部分是螺杆转动时产生的摩擦热和剪切热, 由外部机械能转化的,因此,L/ds直接影响到物料的熔化效果和熔体质量,但是如果 L/ds太大,则传递扭矩加大,能量消耗增加 。 L1加料段长度 。 加料段又称输送段或进料段,为提高输送能力,螺槽表面一定要光洁,L1的长度应保证物料有足够的输送长度,因为过短的 L1会导致物料过早的熔融,从而难以保证稳定压力的输送条件,也就难以保证螺杆以后各段的塑化质量和塑化能力 。 塑料在其自身重
13、力作用下从料斗中滑进螺槽, 螺杆旋转时, 在料筒与螺槽组成的各推力面摩擦力的作用下, 物料被压缩成密集的固体塞螺母, 沿着螺纹方向做相对运动, 在此段, 塑料为固体状态,即玻璃态 。 h1 加料段的螺槽深度 。 h1深,则容纳物料多,提高了供料量和塑化能力,但会影响物料塑化效果及螺杆根部的剪切强度,一般 h1(0.120.16)ds。 L3 熔融段长度 。 熔融段又称均化段或计量段, 熔体在L3段的螺槽中得到进一步的均化,温度均匀,组分均匀,形成较好的熔体质量,L3长度有助于熔体在螺槽中的波动,有稳定压力的作用,使物料以均匀的料量从螺杆头部挤出,所以又称计量段 。 L3短时,有助于提高螺杆的塑
14、化能力,一般 L3=(45)ds。 h3 熔融段螺槽深度,h3小,螺槽浅,提高了塑料熔体的塑化效果,有利于熔体的均化,但 h3过小会导致剪切速率过高,以及剪切热过大,引起分子链的降解,影响熔体质量, ;反之,如果 h3过大,由于预塑时,螺杆背压产生的回流作用增强,会降低塑化能力 。 L2 塑化段 (压缩段) 螺纹长度 。 物料在此锥形空间内不断地受到压缩 、 剪切和混炼作用,物料从 L2段入点开始,熔池不断地加大,到出点处熔池已占满全螺槽,物料完成从玻璃态经过黏弹态向黏流态的转变, 即此段, 塑料是处于颗粒与熔融体的共存状态 。 L2的长度会影响物料从玻璃态到黏流态的转化历程,太短会来不及转化
15、,固料堵在 L2段的末端形成很高的压力 、 扭矩或轴向力;太长则会增加螺杆的扭矩和不必要的消耗,一般 L2=(68)ds。 对于结晶型的塑料,物料熔点明显,熔融范围窄,L2可短些,一般为(34)ds,对于热敏性塑料,此段可长些 。 S 螺距,其大小影响螺旋角,从而影响螺槽的输送效率,一般 Sds。 压缩比 。 =h1/h3,即加料段螺槽深度 h1与熔融段螺槽深度 h3之比 。 大,会增强剪切效果,但会减弱塑化能力,一般来讲, 稍小一点为好,以有利于提高塑化能力和增加对物料的适应性,对于结晶型塑料,压缩比一般取 2.63.0 。 对于低黏度热稳定性塑料,可选用高压缩比;而高黏度热敏性塑料,应选用低压缩比 。 (2)螺杆头 在注射螺杆中,螺杆头的作用是:预塑时,能将塑化好的熔体放流到储料室中,而在高压注射时,又能有效地封闭螺杆头前部的熔体,防止倒流 。 螺杆头分为两大类,带止逆环的和不带止逆环的,对于带止逆环的,预塑时,螺杆均化段的熔体将止逆环推开,通过与螺杆头形成的间隙,流入储料室中,注射时,螺杆头部的熔体压力形成推力,将止逆环退回流道封堵,防止回流 。 表表 1 注射螺杆头形式与用途注射螺杆头形式与用途 形式 结 构 图 特征与用途 尖 头 形 螺杆头锥角较小或有螺纹, 主要用于高粘度或热敏性塑料 无 止 逆 环 型 钝 头 形